Kz51/ze& Date : MB Communication technique Page 97 Le transport de l’énergie électrique Une version actualisée de ce document est librement consultable sur : 1. Problématique L’énergie électrique est produite par de grosses unités industrielles appelées centrales électriques. Ces centrales se situent en général près des lieux de production des énergies primaires (charbon, gaz…), à proximité des axes de transport par lesquels circulent ces mêmes énergies primaires ou auprès de cours d’eau qui servent au refroidissement des circuits du générateur de vapeur. La consommation de l’énergie électrique produite par les centrales est, en général, éloignée des lieux de production. L’énergie doit donc être transportée sur de grandes distances entre lieux de production et de consommation, c’est le rôle du réseau de transport de l’énergie électrique. 2. Organisation du réseau de transport Le réseau de transport est illustré ci-dessous : Grand transport et interconnexion Répartition Distribution Constitution du réseau de transport de l’énergie électrique. On distingue : x le grand transport et l’interconnexion : c’est le raccordement des centrales entre elles. Si une centrale vient à être en défaut, les autres continuent à fournir l’énergie. En l’absence d’interconnexion, la défaillance d’une centrale entraînerait la disparition d’énergie électrique pour tous ses « clients ». Le grand transport véhicule l’énergie entre les lieux de production et les grandes régions de consommation, Kz51/ze& Page 98 x Le transport de l’énergie électrique Date : MB la répartition : elle a pour rôle « d’aiguiller » l’énergie des lieux de production vers les gros clients (grosses industries…), x la distribution : c’est la fourniture d’énergie électrique aux « petits » utilisateurs terminaux (particuliers, petites et moyennes entreprises, centres commerciaux…). 3. Domaines de tension Les tensions sont classées en fonction de leur valeur. A l’aide des documents ressource complétez le tableau suivant (Un est la tension nominale considérée) : Domaines de tension Très Basse Tension Haute Tension BTA 50 < Un 500 120 < Un 750 BTB 500 < Un 1000 750 < Un 1500 HTA 1000 < Un 50000 1500 < Un 75000 HTB Un > 50000 Un > 75000 La tension retenue pour déterminer la classe de tension à laquelle elle appartient est la valeur la plus élevée pour le réseau considéré. 4. Applications Déterminez le domaine de tension du réseau de distribution publique d’énergie français 230 / 400 V alternatif (Vac). La tension la plus élevée est de 400 V, le domaine de tension est donc : BTA. Déterminez la classe de tension d’un réseau de distribution électrique 400 / 690 Vac. La tension la plus élevée est de 690 V, le domaine de tension est donc : BTB. Même question pour un réseau de distribution 400 kVac. La tension la plus élevée est de 400 kV, le domaine de tension est donc : HTB. Déterminez la classe de tension d’un réseau de distribution d’énergie électrique 11,5 / 20 kVac. La tension la plus élevée est de 20 kV, le domaine de tension est donc : HTA. 5. Tension et rendement liés au transport de l’énergie Monsieur Sisbisse souhaite éclairer un petit plan d’eau au fond de son jardin. Il a entendu dire qu’une tension faible est beaucoup moins dangereuse que le 230 V du réseau de distribution publique. Il fait donc le choix d’utiliser une tension de 24 V pour alimenter ses projecteurs autour du plan d’eau. Il dispose de 5 projecteurs de 50 watts chacun. Il vous demande conseil pour déterminer le matériel dont il va avoir besoin. Une version actualisée de ce document est librement consultable sur : Basse Tension TBT Valeur de la tension nominale Un En courant alternatif En courant continu Un 50 V Un 120 V Kz51/ze& Date : MB Le transport de l’énergie électrique Page 99 Pour l’aider, vous allez avoir besoin de calculer la puissance totale Ptotale et le courant I absorbé par les 5 projecteurs (détaillez les calculs, valeurs et unités). La puissance totale consommée par les 5 projecteurs Ptotale est égale à la somme des puissances de chaque projecteur : Ptotale Ȉ Pprojecteur 50 50 50 50 50 Ptotale Ptotale 250 La puissance totale Ptotale consommée par les 5 projecteurs est de 250 W. Calcul du courant I absorbé par ces 5 projecteurs : I Ptotale U I 250 24 I 10,4 Une version actualisée de ce document est librement consultable sur : Le courant I consommé par les 5 projecteurs est de 10,4 A. La longueur du câble qui relie le transformateur aux projecteurs est d’environ 25 m, sa section de 2,5 mm². Calculez la valeur de la résistance R des conducteurs qui relient le transformateur aux projecteurs (nous utiliserons une valeur de résistivité ȡ de 22,5 10-3 mm² / m à la température de fonctionnement). Détaillez le calcul. La longueur des conducteurs est de 50 m (le câble est constitué des 2 conducteurs de 25 m). R UuL R S 22,5 u 10 3 u (2 u 25) 2,5 R 0,45 La résistance R des conducteurs est de 0,45 ȍ. Complétez le schéma suivant. 0,225 ȍ R/2 US UL R/2 0,225 ȍ Calculez la chute de tension ǻU dans les conducteurs pour le courant calculé précédemment. ǻU R u I ǻU 0,45 u 10,4 ǻU 4,68 La chute de tension ǻU est de 4,68 V pour un courant de 10,4 A. Calculez la tension US au secondaire du transformateur afin de garantir la tension nominale UL de 24 V aux bornes des projecteurs. U S U P 'U US 24 4,68 US 28,7 La tension US au secondaire du transformateur doit être de 28,7 V. Kz51/ze& Le transport de l’énergie électrique Page 100 Date : MB Calculez le rendement Ș de l’ensemble conducteurs et projecteurs (afin de simplifier, nous ne tiendrons pas compte du rendement du transformateur que nous supposerons parfait). Ș Ptotale Ș Ptransformateur Ptotale US u I Ș 250 28,7 u 10,4 Ș 0,838 Le rendement Ș est de 0,838 soit 83,8 %. En ayant le même raisonnement, calculez le rendement de l’ensemble conducteurs et projecteurs si M. Sisbisse avait utilisé un câble en 4 mm². Conclure sur l’intérêt d’augmenter la section. La puissance absorbée n’a pas changé, elle est toujours de 250 W (5 projecteurs de 50 W), la tension d’alimentation des projecteurs n’a pas changé non plus, le courant en ligne est donc toujours de 10,4 A. UuL R 22,5 u 10 3 u (2 u 25) 4 R S R 0,281 La résistance R des conducteurs est 0,281 ȍ. Calcul de la chute de tension ǻU : ǻU 0,281 u 10,4 ǻU R u I ǻU 2,92 La chute de tension ǻU est de 2,92 V pour un courant de 10,4 A. Calcul du rendement : Ș Ptotale Ptransformateur Ș Ptotale US u I Ș 250 24 2,92u10,4 Ș 0,893 Le rendement est de 89,3 % si on câble en 4 mm2. L’augmentation de la section des conducteurs permet de diminuer la chute de tension en ligne ǻU et d’augmenter le rendement (89,3 contre 83,8 %) grâce à la diminution des pertes en ligne. En ayant le même raisonnement, calculez le rendement de l’ensemble conducteurs et projecteurs si la tension d’alimentation est de 230 V pour une section de conducteurs de 1,5 mm². La puissance totale n’a pas changé, elle est toujours de 250 W. Calcul du courant absorbé : I Ptotale U I 250 230 I 1,09 Le courant absorbé est de 1,09 A. Calcul de la résistance R des conducteurs : R UuL S R 22,5 u 10 3 u 50 1,5 R 0,75 Une version actualisée de ce document est librement consultable sur : Calcul de la résistance des conducteurs : Kz51/ze& MB Date : Le transport de l’énergie électrique Page 101 La résistance R des conducteurs est de 0,75 ȍ. Calcul de la chute de tension : ǻU R u I ǻU 0,75 u 1,09 ǻU 0,818 La chute de tension est de 0,818 V pour un courant de 1,09 A. Calcul du rendement : Ș Ptotale Pfournie Ș Ptotale U L 'U u I Ș 250 230 0,818 u1,09 Ș 0,994 Le rendement est de 99,4 % si on alimente les projecteurs en 230 V pour un câblage Une version actualisée de ce document est librement consultable sur : en 1,5 mm2. Conclure sur l’intérêt d’utiliser une tension plus élevée pour transporter l’énergie électrique. Plus la tension utilisée est élevée, meilleur est le rendement. Nous avons donc intérêt à utiliser une tension la plus élevée possible afin de réduire les pertes en ligne. 6. Le réseau de transport - distribution français En France, le réseau de grand transport et d’interconnexion se fait habituellement en 225 ou 400 kV, la répartition en 15, 20, 36, 63 ou 90 kV, la distribution finale en 230 / 400 V ou 400 / 690 V suivant les usages de l’énergie (l’industrie utilise des tensions triphasées de 400 / 690 V pour les gros moteurs par exemple, les applications domestiques utilisent le 230 V monophasé pour tous les usages). L’utilisation de tensions élevées a pour avantage de permettre d’utiliser des conducteurs de section moindre, mais elle a pour principal inconvénient la nécessité d’utiliser des isolants adaptés à ces tensions. Dans le cas de lignes aériennes, il suffit d’écarter les conducteurs à des potentiels différents d’une distance suffisante. Pour les lignes enterrées, l’utilisation d’épaisseurs d’isolants beaucoup plus importantes permet de garantir la tenue aux hautes tensions. Photo de la plaque apposée sur un pylône HTB. Kz51/ze& Le transport de l’énergie électrique Page 102 Date : MB SELLINDGE AVELGEM ACHENE UCHTELFANGEN EICHSTETTEN LAUFENBURG ASPHARD BASSECOURT ROMANEL VERBOIS HERNANI VICH 0 100 Réseau 400 kV Réseau 225 kV Interconnexion France-Angleterre 270kV en courant continu 200 Km Le réseau de transport d’électricité et d’interconnexions THT en France métropolitaine en février 2008. Illustration RTE. Remarque : les techniciens des distributeurs d’énergie électrique utilisent d’autres domaines de tension que ceux évoqués au paragraphe 3. Ils parlent de basse tension (BT), moyenne tension (MT), haute tension (HT) et très haute tension (THT). Ceux qui nous intéressent (paragraphe 3) sont ceux utilisés dans les installations sur lesquelles les électriciens sont habituellement amenés à travailler et soumis à la NF C 15-100 (qui ne concerne que les installations du domaine basse tension c’est-à-dire inférieure à 1 000 Vac). Une version actualisée de ce document est librement consultable sur : RONDISSONE VENAUS